基於STM32設計的健康檢測裝置(測溫心率計步)
2021-12-31 10:00:11
1. 專案介紹
本文介紹的專案是基於STM32設計的健康檢測裝置，支援體溫測量，心率檢測，支援運動計步(採用MPU6050陀螺儀實現),支援WIFI傳輸資料到手機APP列印顯示。
硬體環境介紹:
MCU採用STM32F103C8T6
心率感測器採用PulseSensor
體溫檢測感測器採用紅外測溫感測器
運動計步功能採用MPU6050陀螺儀實現
OLED顯示屏採用0.96寸中景園電子的OLED顯示屏-SPI介面
程式設計軟體採用: keil5
心率感測器:
MPU6050感測器:
體溫測溫模組
OLED顯示屏:
硬體效果圖:
工程原始碼截圖：
專案原始碼下載地址: 基於STM32設計的健康檢測裝置(測溫心率計步)原始碼.zip-嵌入式檔案類資源-CSDN下載
視訊演示地址:
基於STM32設計的健康檢測裝置(測溫心率計步)
2. 專案原始碼介紹
2.1 計步功能實現程式碼
計步功能是通過MPU6050陀螺儀測量計算得到，下面貼出計步演演算法的核心實現程式碼.
/*******************************************************************************
檔名: stepAlgorithm.c
描述 : 計步演演算法
*******************************************************************************/
#include "stepAlgorithm.h"
#include "rtc.h"
#include "math.h"
#include "mpu6050.h"
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define VALUE_NUM 4
sportsInfo_t userSportsInfo;
//存放三軸資料
float oriValues[3] = {0};
//用於存放計算閾值的波峰波谷差值
float tempValue[VALUE_NUM] ={0};
int tempCount = 0;
//是否上升的標誌位
u8 isDirectionUp = FALSE;
//持續上升次數
int continueUpCount = 0;
//上一點的持續上升的次數，為了記錄波峰的上升次數
int continueUpFormerCount = 0;
//上一點的狀態，上升還是下降
u8 lastStatus = FALSE;
//波峰值
float peakOfWave = 0;
//波谷值
float valleyOfWave = 0;
//此次波峰的時間
long timeOfThisPeak = 0;
//上次波峰的時間
long timeOfLastPeak = 0;
//當前的時間
long timeOfNow = 0;
//當前感測器的值
float gravityNew = 0;
//上次感測器的值
float gravityOld = 0;
//動態閾值需要動態的資料，這個值用於這些動態資料的閾值
float initialValue = (float) 1.3;
//初始閾值
float ThreadValue = (float) 2.0;
//三軸軸值
accValue_t accValue;
//行走資訊:卡路里、里程、步數
static sportsInfo_t sportsInfo;
//計步快取
static u8 stepTempCount =0;
/*******************************************************************************
* 函數名：onSensorChanged
* 功能描述： G-Sensor工作後會一直呼叫這個函數對三軸資料進行平方和開根號的處理
* 呼叫DetectorNewStep檢測步子
*
* 引數說明：
* 輸入：
* pAccValue：G-sensor的原始資料
* timeStamp_p：動態時間戳
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
sportsInfo_t *onSensorChanged(accValue_t *pAccValue,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo)
{
accValue_t *p = pAccValue;
personInfo_t *userInfo = personInfo;
timeStamp_t *time_p = timeStamp_p;
oriValues[0] = p->accX;
oriValues[1] = p->accY;
oriValues[2] = p->accZ;
//對三軸資料進行平方和開根號的處理
gravityNew = (float) sqrt(oriValues[0] * oriValues[0]+ oriValues[1] * oriValues[1] + oriValues[2] * oriValues[2]);
//檢測步子
return DetectorNewStep(gravityNew,time_p,userInfo);
}
/*******************************************************************************
* 函數名：DetectorNewStep
* 功能描述：
* 步伐更新：如果檢測到了波峰，並且符合時間差以及閾值的條件，則判定為1步
* 閥值更新：符合時間差條件，波峰波谷差值大於initialValue，則將該差值納入閾值的計算中
* 引數說明：
輸入：
values：經過處理的G-sensor資料
timeStamp_p：時間戳
* 返回值說明：
* 修改記錄：sportsInfo_t *onSensorChanged(accValue_t *pAccValue,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo)
*******************************************************************************/
sportsInfo_t *DetectorNewStep(float values,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo)
{
static u32 time_old;
personInfo_t *userInfo = personInfo;
static u32 step_per_2_second; //每兩秒所走的步數
float step_lenth,walk_speed,walk_distance,Calories;//步長
u32 time_now;
timeStamp_t *time_p = timeStamp_p;
if (gravityOld == 0)
{
gravityOld = values;
}
else
{
if (DetectorPeak(values, gravityOld))//檢測到波峰
{
timeOfLastPeak = timeOfThisPeak;//更新上次波峰的時間
//將時間戳轉換為以毫秒ms為單位
time_now = timeOfNow = ((time_p->hour*60+time_p->minute)*60+time_p->second)*1000+time_p->twentyMsCount*20; //獲取時間 ,並轉化為毫秒
//如果檢測到了波峰，並且符合時間差以及閾值的條件，則判定為1步
if ( (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250 )//Jahol Fan 修改為300，防止輕微動都也會檢測步子
//&& (timeOfNow - timeOfLastPeak <= 2000)
&&(peakOfWave - valleyOfWave >= ThreadValue)
)
{
timeOfThisPeak = timeOfNow; //更新此次波峰時間
stepTempCount++;//Jahol:加1為兩步
step_per_2_second ++;
//Jahol:這樣計算卡路里，不能濾除人為的誤操作，導致的結果是:里程和卡路里偏大
if((time_now - time_old) >= 2000 ) //如果時間過了2秒
{
if( 1 == step_per_2_second )
{
step_lenth = userInfo->height/5;
}
else if( 2 == step_per_2_second )
{
step_lenth = userInfo->height/4;
}
else if( 3 == step_per_2_second )
{
step_lenth = userInfo->height/3;
}
else if( 4 == step_per_2_second )
{
step_lenth = userInfo->height/2;
}
else if(5 == step_per_2_second) //Jahol：為了使計步準確，設定上限值為5步，犧牲卡路里準確性
{
step_lenth = userInfo->height/1.2f;
}
else if( 7 == step_per_2_second )
{
step_lenth = userInfo->height;
}
else if(step_per_2_second >= 8) // step_diff>8
{
step_lenth = userInfo->height*1.2f;
}
else
{
step_lenth = 0;
}
walk_speed = step_per_2_second*step_lenth/2; //速度 ，單位：米/秒
walk_distance = step_per_2_second*step_lenth; //行走距離，單位：米
Calories = 4.5f*walk_speed*(userInfo->weight/2)/1800; //Jahol:weight是以kg為單位
sportsInfo.calories += Calories;
sportsInfo.distance += walk_distance;
time_old = time_now; //更新時間
step_per_2_second = 0;
}
else
{
//do nothing
}
/*
* 處理無效運動：
* 1.連續記錄5才開始計步
* 2.例如記錄的步使用者停住超過3秒，則前面的記錄失效，下次從頭開始
* 3.連續4記錄了步使用者還在運動，之前的資料才有效
* */
if ((stepTempCount< 5 )&&(timeOfNow - timeOfLastPeak >= 3000))
{
stepTempCount = 0;
}
else if((stepTempCount>= 5)&&(timeOfNow - timeOfLastPeak <= 3000))
{
sportsInfo.stepCount += stepTempCount;
stepTempCount = 0;
}
else
{
//do nothing
}
}
//Jahol:更新閥值,問題:閥值不會一直變大，不能變小?
if (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250
&& (peakOfWave - valleyOfWave >= initialValue))
{
timeOfThisPeak = timeOfNow;
ThreadValue = Peak_Valley_Thread(peakOfWave - valleyOfWave);//更新閥值
}
}
}
gravityOld = values;
return &sportsInfo;
}
/*******************************************************************************
* 函數名：DetectorPeak
* 功能描述：
*檢測波峰 。以下四個條件判斷為波峰：
*（1）目前點為下降的趨勢：isDirectionUp為FALSE
*（2）之前的點為上升的趨勢：lastStatus為TRUE
*（3）到波峰為止，持續上升大於等於2次
*（4）波峰值大於20 //Jahol:把這個值修改為15
*記錄波谷值 ：
*（1）觀察波形圖，可以發現在出現步子的地方，波谷的下一個就是波峰，有比較明顯的特徵以及差值
*（2）所以要記錄每次的波谷值，為了和下次的波峰做對比
* 引數說明：
* 輸入：
* newValue：最新的經過處理的G-sensor資料
* oldValue：前一個處理的G-sensor資料
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
u8 DetectorPeak(float newValue, float oldValue)
{
lastStatus = isDirectionUp;
if (newValue >= oldValue) //取樣資料呈上升趨勢
{
isDirectionUp = TRUE;
continueUpCount++;
}
else //資料呈下降趨勢
{
continueUpFormerCount = continueUpCount;
continueUpCount = 0;
isDirectionUp = FALSE;
}
if ((!isDirectionUp) && lastStatus
&& (continueUpFormerCount >= 2 || oldValue >= 20))
{
peakOfWave = oldValue;
return TRUE;
}
else if ((!lastStatus) && isDirectionUp)
{
valleyOfWave = oldValue;
return FALSE;
}
else
{
return FALSE;
}
}
/*******************************************************************************
* 函數名：Peak_Valley_Thread
* 功能描述：
* 閾值的計算
* 1.通過波峰波谷的差值計算閾值
* 2.記錄4個值，存入tempValue[]陣列中
* 3.在將陣列傳入函數averageValue中計算閾值
*
* 引數說明：
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
float Peak_Valley_Thread(float value)
{
float tempThread = ThreadValue;
u8 i = 0;
if (tempCount < VALUE_NUM)
{
tempValue[tempCount] = value;
tempCount++;
}
else
{
tempThread = averageValue(tempValue, VALUE_NUM);//計算閥值
for ( i = 1;i < VALUE_NUM;i++)//線性移位更新
{
tempValue[i - 1] = tempValue[i];
}
tempValue[VALUE_NUM - 1] = value;
}
return tempThread;
}
/*******************************************************************************
* 函數名：averageValue
* 功能描述：
* 梯度化閾值
* 1.計算陣列的均值
* 2.通過均值將閾值梯度化在一個範圍裡
*
* 引數說明：
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
float averageValue(float value[], int n)
{
float ave = 0;
u8 i =0;
for ( i = 0; i < n; i++)
{
ave += value[i];//求和
}
ave = ave / VALUE_NUM;//求平均值
if (ave >= 8)
ave = (float) 4.3; //????
else if (ave >= 7 && ave < 8)
ave = (float) 3.3;
else if (ave >= 4 && ave < 7)
ave = (float) 2.3;
else if (ave >= 3 && ave < 4)
ave = (float) 2.0;
else
{
ave = (float) 1.3;
}
return ave;
}
personInfo_t user_info;
u8 WatchInfo_init(void)
{
WatchInfo_setUserInfo(170,134); //設定身高、體重用於計算卡路里消耗
return 0; //初始化成功返回0
}
/**********************************************************************************************************
* 函數名： WatchInfo_setUserInfo
* 功能描述： 設定手錶使用者的個人資訊
* 引數說明：
* 返回值說明：
* 修改記錄：
**********************************************************************************************************/
u8 WatchInfo_setUserInfo(u8 height,u8 weight)
{
user_info.height = ((float)height)/100;
user_info.weight = ((float)weight)/2;
return 0;//成功 0
}
personInfo_t * WatchInfo_getUserInfo(u8 *error)
{
u8 err;
err = 0;//0表示獲取成功
error = &err;
return &user_info;
}2.2 ESP8266 WIFI模組
裝置測量的資料最終通過WIFI傳遞給手機APP顯示，下面列出ESP8266的核心程式碼。
#include "esp8266.h"
extern u8 USART3_RX_BUF[USART3_MAX_RECV_LEN]; //接收緩衝,最大USART3_MAX_RECV_LEN位元組
extern u8 USART3_TX_BUF[USART3_MAX_SEND_LEN]; //傳送緩衝,最大USART3_MAX_SEND_LEN位元組
extern vu16 USART3_RX_STA; //接收資料狀態
///
//使用者設定區
//連線埠號:8086,可自行修改為其他埠.
const u8 portnum[]="8089";
//WIFI STA模式,設定要去連線的路由器無線引數,請根據你自己的路由器設定,自行修改.
const u8 wifista_ssid[]="wbyq1"; //路由器SSID號
const u8 wifista_encryption[]="wpa2_aes"; //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifista_password[]="123456789"; //連線密碼
//WIFI AP模式,模組對外的無線引數,可自行修改.
const u8 wifiap_ssid[]="Cortex_M3"; //對外SSID號
const u8 wifiap_encryption[]="wpawpa2_aes"; //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifiap_password[]="12345678"; //連線密碼
/*
函數功能：向ESP82668266傳送命令
函數引數：
cmd:傳送的命令字串
ack:期待的應答結果,如果為空,則表示不需要等待應答
waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：
0,傳送成功(得到了期待的應答結果)
1,傳送失敗
*/
u8 ESP8266_SendCmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
u8 res=0;
USART3_RX_STA=0;
UsartStringSend(USART3,cmd);//傳送命令
if(ack&&waittime) //需要等待應答
{
while(--waittime) //等待倒計時
{
DelayMs(10);
if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應答結果
{
if(ESP8266_CheckCmd(ack))
{
res=0;
//printf("cmd->ack:%s,%s\r\n",cmd,(u8*)ack);
break;//得到有效資料
}
USART3_RX_STA=0;
}
}
if(waittime==0)res=1;
}
return res;
}
/*
函數功能：ESP8266傳送命令後,檢測接收到的應答
函數引數：str:期待的應答結果
返 回 值：0,沒有得到期待的應答結果
其他,期待應答結果的位置(str的位置)
*/
u8* ESP8266_CheckCmd(u8 *str)
{
char *strx=0;
if(USART3_RX_STA&0X8000) //接收到一次資料了
{
USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//新增結束符
strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str); //查詢是否應答成功
printf("RX=%s",USART3_RX_BUF);
}
return (u8*)strx;
}
/*
函數功能：向ESP8266傳送指定資料
函數引數：
data:傳送的資料(不需要新增回車)
ack:期待的應答結果,如果為空,則表示不需要等待應答
waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：0,傳送成功(得到了期待的應答結果)luojian
*/
u8 ESP8266_SendData(u8 *data,u8 *ack,u16 waittime)
{
u8 res=0;
USART3_RX_STA=0;
UsartStringSend(USART3,data);//傳送資料
if(ack&&waittime) //需要等待應答
{
while(--waittime) //等待倒計時
{
DelayMs(10);
if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應答結果
{
if(ESP8266_CheckCmd(ack))break;//得到有效資料
USART3_RX_STA=0;
}
}
if(waittime==0)res=1;
}
return res;
}
/*
函數功能：ESP8266退出透傳模式
返 回 值：0,退出成功;
1,退出失敗
*/
u8 ESP8266_QuitTrans(void)
{
while((USART3->SR&0X40)==0); //等待傳送空
USART3->DR='+';
DelayMs(15); //大於串列埠組幀時間(10ms)
while((USART3->SR&0X40)==0); //等待傳送空
USART3->DR='+';
DelayMs(15); //大於串列埠組幀時間(10ms)
while((USART3->SR&0X40)==0); //等待傳送空
USART3->DR='+';
DelayMs(500); //等待500ms
return ESP8266_SendCmd("AT","OK",20);//退出透傳判斷.
}
/*
函數功能：獲取ESP82668266模組的AP+STA連線狀態
返 回 值：0，未連線;1,連線成功
*/
u8 ESP8266_ApStaCheck(void)
{
if(ESP8266_QuitTrans())return 0; //退出透傳
ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //傳送AT+CIPSTATUS指令,查詢連線狀態
if(ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:0")&&
ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:1")&&
ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:2")&&
ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:4"))
return 0;
else return 1;
}
/*
函數功能：獲取ESP8266模組的連線狀態
返 回 值：0,未連線;1,連線成功.
*/
u8 ESP8266_ConstaCheck(void)
{
u8 *p;
u8 res;
if(ESP8266_QuitTrans())return 0; //退出透傳
ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //傳送AT+CIPSTATUS指令,查詢連線狀態
p=ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:");
res=*p; //得到連線狀態
return res;
}
/*
函數功能：獲取ip地址
函數引數：ipbuf:ip地址輸出快取區
*/
void ESP8266_GetWanip(u8* ipbuf)
{
u8 *p,*p1;
if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n","OK",50))//獲取WAN IP地址失敗
{
ipbuf[0]=0;
return;
}
p=ESP8266_CheckCmd("\"");
p1=(u8*)strstr((const char*)(p+1),"\"");
*p1=0;
sprintf((char*)ipbuf,"%s",p+1);
}
/*
函數功能：將收到的AT指令應答資料返回給電腦串列埠
參 數：mode:0,不清零USART3_RX_STA;
1,清零USART3_RX_STA;
*/
void ESP8266_AtResponse(u8 mode)
{
if(USART3_RX_STA&0X8000) //接收到一次資料了
{
USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//新增結束符
printf("%s",USART3_RX_BUF); //傳送到串列埠
if(mode)USART3_RX_STA=0;
}
}
/*
函數功能：ESP8266 AP模式+TCP伺服器模式測試
*/
void ESP8266_APorServer(void)
{
u8 p[100],key;
u8 ipbuf[20];
// u32 rlen=0; //接收長度
// u32 constate,t=0;
while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n","OK",20))//檢查WIFI模組是否線上
{
ESP8266_QuitTrans();//退出透傳
ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0\r\n","OK",200); //關閉透傳模式
printf("未檢測到模組，正在嘗試連線模組...\r\n");
DelayMs(800);
}
printf("ESP8266模組檢測OK!\r\n");
while(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n","OK",20)); //關閉回顯
printf("請用裝置連線WIFI熱點:%s,%s,%ss\r\n",(u8*)wifiap_ssid,(u8*)wifiap_encryption,(u8*)wifiap_password);
/*1. 設定WIFI AP模式 */
ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",50);
/*2. 重新啟動模組 */
ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n","OK",20);
/*3. 延時3S等待重新啟動成功*/
DelayMs(1000);
DelayMs(1000);
DelayMs(1000);
/*5. 設定模組AP模式無線引數*/
sprintf((char*)p,"AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,4\r\n",wifiap_ssid,wifiap_password);
ESP8266_SendCmd(p,"OK",1000);
/*4. 設定多連線模式：0單連線，1多連線(伺服器模式必須開啟)*/
ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",20);
/*5. 開啟Server模式(0，關閉；1，開啟)，埠號為portnum */
sprintf((char*)p,"AT+CIPSERVER=1,%s\r\n",(u8*)portnum);
ESP8266_SendCmd(p,"OK",50);
/*6. 獲取當前模組的IP*/
ESP8266_GetWanip(ipbuf);//
printf("IP地址:%s 埠:%s",ipbuf,(u8*)portnum);
USART3_RX_STA=0; //清空串列埠的接收標誌位
// while(1)
// {
// key=GetKeyVal(1);//退出測試
// if(key==1)
// {
// printf("退出測試!\r\n");
// ESP8266_QuitTrans(); //退出透傳
// ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0","OK",20); //關閉透傳模式
// break;
// }
// else if(key==2) //傳送資料
// {
// ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND=0,12\r\n","OK",200); //設定傳送資料長度為12個
// ESP8266_SendData("ESP8266測試!","OK",100); //傳送指定長度的資料
// DelayMs(200);
// }
// t++;
// DelayMs(10);
// if(USART3_RX_STA&0X8000) //接收到一次資料了
// {
// rlen=USART3_RX_STA&0X7FFF; //得到本次接收到的資料長度
// USART3_RX_BUF[rlen]=0; //新增結束符
// printf("接收的資料: rlen=%d,%s",rlen,USART3_RX_BUF); //傳送到串列埠
// USART3_RX_STA=0;
// if(constate!=3)t=1000; //狀態為還未連線,立即更新連線狀態
// else t=0; //狀態為已經連線了,10秒後再檢查
// }
// if(t==1000)//連續10秒鐘沒有收到任何資料,檢查連線是不是還存在.
// {
constate=ESP8266_ConstaCheck();//得到連線狀態
if(!constate)printf("連線失敗!\r\n");
// t=0;
// }
// if((t%20)==0)LED2=!LED2;
// ESP8266_AtResponse(1);
// }
} 2.3 體溫檢測模組
體溫檢測模組是串列埠介面，傳送指令返回資料，程式碼如下:
#include "TEMPERATURE.H"
/*
傳送一個位元組
*/
void UsartSendByte(uint8_t data)
{
USART2->DR=data;
while(!(USART2->SR&(1<<7))){}
}
/*
溫度模組檢測初始化
*/
void TemPeratureInit(void)
{
UsartInit(USART2,36,9600); //串列埠初始化
DelayMs(2); //延時啟動
UsartSendByte(0xA5);
UsartSendByte(0x45); //傳送讀方位角指令
UsartSendByte(0xEA);
}
u8 TEMP_data[20]={0},Receive_ok=0;
u8 tem_flag=0;
//讀取溫度資訊
void GetTemInfo(float *buff)
{
u8 sum=0,i;
if(Receive_ok)//串列埠接收完畢
{
for(sum=0,i=0;i<(TEMP_data[3]+4);i++)//TEMP_data[3]=4
sum+=TEMP_data[i];
if(sum==TEMP_data[i])//校驗和判斷
{
buff[0]=(float)((TEMP_data[4]<<8)|TEMP_data[5])/100; //得到真實溫度
buff[1]=(float)((TEMP_data[6]<<8)|TEMP_data[7])/100; //得到真實溫度
tem_flag=1;
}
Receive_ok=0;//處理資料完畢標誌
}
}